Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konstruktion von Zahnoberflächen eines Zahnersatzteils sowie zur Herstellung dentaler Restaurationen, ausgehend von einem 3D-Datensatz einer Oberkiefersituation und einem 3D-Datensatz einer Unterkiefersituation jeweils mit mehreren im jeweiligen Kieferbogen angeordneten Zähnen, wobei die Zähne der Oberkiefersituation und die Zähne der Unterkiefersituation bei Interkuspidation einen Vielpunktkontakt mit vielen Kontaktpunkten aufweisen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm sowie einen Datenträger und die Verwendung eines Rechners Steuerung des Computerprogramms. Die ausreichende Zuordnung der Kiefersituationen zueinander ist jedoch erforderlich, um Zahnflächen von Zahnersatzteilen zu konstruieren und herzustellen oder Zahnstellungen zu korrigieren.

Im Zusammenhang mit dem Stand der Technik werden die EP1700576 A1 und die EP2389892 A1 genannt. Bisherige Werkzeuge, die dazu bekannt sind, unterscheiden sich in Komfort oder Präzision, ziehen die sich gegenüberliegenden Kiefer ohne Berücksichtigung der Morphologie strikt bis zu ihrer rigiden Berührung in Kontakt oder müssen komplett manuell gesteuert werden.

Bei der bukkalen Registrierung und bei einem Bissregistrat, auch als Quetschbiss bezeichnet, wird mittels einer oder mehreren bukkalen Aufnahmen oder Bissregistraten eine Ausrichtung der beiden Kiefer zueinander errechnet. Diese Art des zueinander in Beziehung Setzens hat allerdings numerische Grenzen. Die lokale Auflösungsgenauigkeit an der Stelle der Aufnahme bestimmt zwangsläufig über die Hebelwirkung die erreichbare Genauigkeit der Passung an der beabstandeten gegenüberliegenden Stelle. Geht man beispielsweise von einer lokalen Genauigkeit von 25µm aus, so erreicht man auf der gegenüberliegenden Kieferseite, die im Durchschnitt 8cm entfernt liegt, eine Auswirkung von 200µm. Eine Verdopplung der Scangenauigkeit auf 12µm erzeugt auf der gegenüberliegenden Seite immer noch 100µm Auswirkung. Eine mögliche Optimierung ist die Verwendung mehrerer Stellen zur bukkalen Registrierung oder für das Bissregistrat, um den Fehler auszumitteln. Dieses Verfahren ist nur anwendbar, wenn bukkale Registrierungen oder Quetschbiss-Informationen vorliegen.

Eine weitere Möglichkeit das Problem zu lösen ist es, direkt oder nach einer Vorregistrierung die freie Bewegbarkeit der Kiefer zueinander in 3 Raumachsen translierebnd, also längsverschieblich und um 3 Raumachsen rotatorisch zu erlauben. Der Nutzer muss rein visuell frei per Hand schwebend im virtuellen 3D Raum die Kontaktsitutation herstellen, ohne dabei auf ein physikalisches Kontaktgefühl, das er an einem echten Modell hatte, vertrauen zu können.

Aus der DE 10 2005 011 066 A1 ist es bekannt, drei gewünschte Punkte manuell auf einem ersten und zweiten 3D-Datensatz eines Modells festzulegen, wobei die Punkte sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten 3D-Datensatz enthalten sind und die Korrelation der 3D-Datensätze herzustellen. Obwohl in einem Modell eine Zahnfläche des Gegenkiefers enthalten sein kann, werden keine unterschiedlichen Modelle zugeordnet.

Nachteilig ist, dass in keinem der bisher bekannten Fälle die angestrebte maximale Interkuspidation beachtet werden kann, wie es im normalen Laborbetrieb mit in einem Artikulator eingespannten Gipsmodellen geschieht. Daher bleibt die Festlegung der gewünschten Kontaktstellen hinter dem manuellen Einpassen zurück und oder erfüllt die methodische Zielsetzung nur mangelhaft.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug bereitzustellen, mit dem ein Nutzer für eine gegebene Unter- und Oberkiefersituation eine gewünschten Kontaktsituation erzeugen und damit die Zuordnung zueinander festlegen kann, um Zahnflächen von Zahnersatzteilen zu konstruieren und herzustellen oder Zahnstellungen zu korrigieren.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Konstruktion von Zahnoberflächen eines Zahnersatzteils sowie zur Herstellung dentaler Restaurationen gelöst.

Ausgehend von einem 3D-Datensatz einer Oberkiefersituation und einem 3D-Datensatz einer Unterkiefersituation jeweils mit mehreren im jeweiligen Kieferbogen angeordneten Zähnen, wobei die Zähne der Oberkiefersituation und die Zähne der Unterkiefersituation bei Interkuspidation einen Vielpunktkontakt mit vielen Kontaktpunkten aufweisen, erfolgt die Zuordnung mit einer Kontaktoptimierung, indem

• aus dem 3D-Datensatz der Oberkiefersituation und aus dem 3D-Datensatz der Unterkiefersituation eine gemeinsame Okklusalrichtung automatisch bestimmt wird,
• die Position der Zähne im Kieferbogen im 3D-Datensatz der Oberkiefersituation und im 3D-Datensatz der Unterkiefersituation automatisch bestimmt wird,
• anhand der Position der Zähne im Kieferbogen sich erwartungsgemäß zumindest näherungsweise gegenüberliegende Flächenelemente auf mindestens einer Seite automatisch identifiziert werden und
• auf mindestens einer Seite der gegenüberliegenden Flächenelemente diejenigen Flächenelemente, die in Kontakt treten sollen, vom Nutzer und/oder automatisch näherungsweise ausgewählt werden;
• auf der anderen Seite der gegenüberliegenden Flächenelemente diejenigen Flächenelemente, die in Kontakt treten sollen, vom Nutzer und/oder automatisch näherungsweise ausgewählt werden;
• Bereiche, die auf beiden Seiten der gegenüberliegenden Flächenelemente vorhanden sind, ausgeschnitten werden und Flächenpaare bilden,
• nur die ausgeschnittenen Flächenpaare mittels eines Optimierungsalgorithmus im Abstand zueinander minimiert werden, dass
• die optimierte Zuordnung der Flächenpaare auf den gesamten 3D-Datensatz der Oberkiefersituation und auf den gesamten 3D-Datensatz der Unterkiefersituation übertragen wird und
• die Konstruktion von Zahnoberflächen eines Zahnersatzteils sowie zur Herstellung dentaler Restaurationen unter Verwendung derart zugeordneter 3D-Datensätze erfolgt.

Vorteilhafterweise können nur Flächenpaare berücksichtigt werden, die aneinander vorbeigleiten können. Durch diese Auswahl werden Verfälschungen von Flächenpaaren, an denen kein Kontakt stattfinden kann, vermieden.

Vorteilhafterweise kann der Optimierungsalgorithmus eine durchdringungsfreie Gesamtsituation eines 3D-Datensatzes einer Oberkiefersituation und eines 3D-Datensatzes einer Unterkiefersituation bereitstellen. Durch diese Einschränkung bei der Optimierung kann das Arbeiten und Zuordnen eines realen Modells nachempfunden werden. Vorteilhafterweise kann eine näherungsweise Zuordnung des 3D-Datensatzes der Oberkiefersituation und des 3D-Datensatzes der Unterkiefersituation über eine Vorregistrierung erfolgen. Die Vorregistrierung hilft bei der Festlegung der sich zumindest näherungsweise gegenüberliegenden Flächenelementen.

Vorteilhafterweise können die ausgewählten Flächenelemente in Okklusalrichtung automatisch auf die jeweils andere Seite projiziert und damit ausgewählt werden. Damit ist eine automatische Übertragung von auf nur einer Seite ausgewählten Bereichen auf die andere möglich.

Vorteilhafterweise können gezielt nur die Flächenelemente ausgewählt werden, bei denen weiterer Optimierungsbedarf besteht.

Die Erfindung basiert also auf einem Verfahren, bei dem die Kontaktflächen näherungsweise markiert werden. Nicht markierte Flächen werden für die Kontakterzeugung nicht beachtet. Insgesamt wird aber auf eine durchdringungsfreie Gesamtsituation geachtet, wie sie bei echten Gipsmodellen im Artikulator auch gegeben ist. Es werden relevante und sich gegenüberliegende Flächenpaare identifiziert und per Optimierungsalgorithmus in lokale Abstandsminima unter Berücksichtigung von Flächen, die aneinander vorbeigleiten können gezogen, was die gewünschten Kontaktstellen ergibt.

Dabei kann eine Vorregistrierung der Kiefer erfolgen, um die Zuordnung der zueinander gerichteten Flächen zu vereinfachen, was anwenderfreundlich z.B. mit einer bukkalen Registrierung umsetzbar ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm, insbesondere ein CAD/CAM-Programm, welches mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens steuerbar ist.

Vorzugsweise ist das Computerprogramm dazu eingerichtet, um mindestens einen 3D-Datensatz einer Oberkiefersituation oder einen 3D-Datensatz einer Unterkiefersituation auf einem Monitor darzustellen, wobei der 3D-Datensatz eine Markierung aufweist, die einen Zustand des Computerprogramms angibt, in welchen das Computerprogramm durch Zuordnung der 3D-Datensätze gebracht werden kann.

Die Erfindung betrifft weiter einen Datenträger, der das erfindungsgemäße Computerprogramm speichert.

Außerdem betrifft sie einen Rechner zur Steuerung eines Computerprogramms.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1

einen 3D-Datensatz einer Oberkiefersituation und einen 3D-Datensatz der dazugehörigen Unterkiefersituation in einer Grobausrichtung zueinander

Fig. 2

einen Schnitt durch die beiden zueinander grob ausgerichteten 3D-Datensätze als Prinzipskizze mit identifizierten gegenüberliegenden Flächenelementen,

Fig. 3

die für eine Zuordnung in Frage kommenden ausgewählten Flächenelemente auf beiden Seiten,

Fig. 4A

Bereiche, die durch Projektion in Okklusionsrichtung abgegrenzt werden;

Fig. 4B

die abgegrenzten Bereiche aus Fig. 4A als gegenüberliegende markierte Flächenpaare;

Fig. 4c

die für die Optimierung verwendeten ausgeschnittenen Bereiche aus Fig. 4B;

Fig. 5

einen 3D-Datensatz des Oberkiefers nach einer Vorregistrierung mit einer Kontakt-Ausgangssituation,

Fig. 6

den 3D-Datensatz aus Fig. 5 mit ausgewählten Flächenelementen,

Fig. 7

den 3D-Datensatz des Oberkiefers aus Fig. 5 nach mit einer Kontaktsituation nach der Optimierung,

Fig. 8

ein Vergleich des Oberkiefers als Gipsmodell mit einer Kontaktsituation im Artikulator bei maximaler Interkuspidation,

Fig. 9

einen Datenträger, einen Rechner zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Bearbeitungsmaschine zur Herstellung des Zahnersatzteils.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein CAD/CAM-Programm auf einer Vorrichtung zur Konstruktion von Zahnoberflächen eines Zahnersatzteils und Herstellung von Zahnrestaurationen (beispielsweise CEREC AC + MC XL der Anmelderin) ausgeführt. Das CAD/CAM-Programm ist dazu eingerichtet, einen in Fig. 1 dargestellten 3D-Datensatz 1 einer Oberkiefersituation und ein 3D-Datensatz 2 einer Unterkiefersituation jeweils mit mehreren im jeweiligen Kieferbogen 3, 4 angeordneten Zähnen 5, 6 auf einem Bildschirm zur Anzeige zu bringen.

Aus dem 3D-Datensatz 1 der Oberkiefersituation und aus dem 3D-Datensatz 2 der Unterkiefersituation wird eine gemeinsame Okklusalrichtung in bekannter Weise automatisch bestimmt.

Weiterhin wird die Position der Zähne 5, 6 im Kieferbogen 3, 4 im 3D-Datensatz 1 der Oberkiefersituation und im 3D-Datensatz 2 der Unterkiefersituation in bekannter Weise automatisch bestimmt.

Da die Zähne 5 der Oberkiefersituation 1 und die Zähne 6 der Unterkiefersituation 2 bei Interkuspidation einen Vielpunktkontakt mit vielen Kontaktpunkten aufweisen, der bei getrennter Erfassung der 3D-Datensätze unbekannt ist, muss eine Zuordnung durch Korrelation der 3D-Datensätze erst hergestellt werden.

Die Vorgehensweise dazu ist wie folgt: anhand der Position der Zähne 5, 6 im Kieferbogen 3, 4 werden sich erwartungsgemäß zumindest näherungsweise gegenüberliegende Flächenelemente auf mindestens einer Seite, also auf einem der beiden Kiefersituationen automatisch identifiziert. In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die beiden zueinander grob ausgerichteten 3D-Datensätze 1, 2 als Prinzipskizze mit an Zähnen 5, 6 identifizierten gegenüberliegenden Flächenelementen dargestellt.

Fig. 3 zeigt die für eine Zuordnung in Frage kommenden ausgewählten Flächenelemente 7-9 auf beiden Seiten, also in dem 3D-Datensatz 1 der Oberkiefersituation und in dem 3D-Datensatz 2 der Unterkiefersituation. Die Flächen, die in Kontakt treten sollen, werden automatisch oder vom Nutzer näherungsweise ausgewählt. Auf der anderen Seite der gegenüberliegenden Flächenelemente werden diejenigen Flächenelemente, die in Kontakt treten sollen, vom Nutzer und/oder automatisch näherungsweise ausgewählt.

Die Flächen können auf unterschiedliche Weise bestimmt werden: per Benutzereingabe, automatisch mithilfe der Zahngeometrie, insbesondere der Krümmung, automatisch mithilfe der Biogenerik, automatisch anhand eines Höhenparameters und man kann bestimmte Flächenanteile einschließen und bestimmte Flächenanteile ausschließen. Diese Auswahl kann vom Benutzer beispielsweise durch Anmalen des 3D Modells, Klicken, Umrandungslinien zeichnen vorgenommen werden und kann durch eine Vorregistrierung der Kiefer zueinander automatisch auf den Gegenkiefer übertragen werden.

Es können tendenziell dabei "zu viele" Flächen, also auch bereits welche mit bereits gutem Kontakt markiert werden oder gezielt nur die, bei denen weiterer Optimierungsbedarf besteht.

Fig. 4A zeigt Bereiche von zugeordneten Flächenelementen, die nach der Auswahl gemäß Fig. 3 durch eine automatisch ablaufende Projektion auf die jeweils andere Seite in Okklusionsrichtung, dargestellt durch die geraden Linien 10, abgegrenzt werden können. Fig. 4B zeigt die durch die Projektion abgegrenzten Bereiche aus Fig. 4A als gegenüberliegende ausgewählte Flächenpaare 11, 12 und Fig. 4c zeigt die für die Optimierung verwendeten ausgeschnittenen Bereiche aus Fig. 4B, die auf beiden Seiten der gegenüberliegenden Flächenelemente vorhanden sind und Flächenpaare 11, 12 bilden.

Die Kontaktoptimierung erfolgt dadurch, dass nur die ausgeschnittenen Flächenpaare mittels eines Optimierungsalgorithmus, z.B. ein Downhill-Simplex mit geeigneter Bewertungsfunktion der Flächen, im Abstand zueinander minimiert werden. Die Kontaktsituation wird dadurch verbessert, dass nicht das gesamte Kiefermodell, sondern nur diese nicht zusammenhängenden Bereiche verwendet werden. Die optimierte Zuordnung der Flächenpaare wird auf den gesamten 3D-Datensatz der Oberkiefersituation und auf den gesamten 3D-Datensatz der Unterkiefersituation übertragen.

Die Fig. 5-8 zeigen einen Screenshot von den eingezeichneten Flächen und die vorher/nachher Situation verglichen mit der tatsächlichen echten Kontaktsituation am Gipsmodell im Artikulator. Dabei ist zu erkennen, dass es sogar ebenfalls möglich ist, vorhandene Durchdringungen einer Vorregistrierung aufzulösen, sowie die gewünschten echten Kontakte zu erzeugen. Außerdem wird im Vergleich mit Modell im Artikulator mit per Kontaktfolie gefärbten echten Kontakten gezeigt, wie realistisch und exakt das errechnete Ergebnis ist.

Fig. 5 zeigt einen 3D-Datensatz des Oberkiefers nach einer Vorregistrierung mit einer Kontakt-Ausgangssituation. Im Beispiel hat die eine Kieferhälfte zu wenig, die andere Kieferhälfte tendenziell zu starke Kontakte, angedeutet durch die Pfeile und sogar Durchdringungen

Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden wie in Fig. 6 gezeigt in dem 3D-Datensatzes aus Fig. 5 Flächenelemente 21-28 an den Zähnen ausgewählt im Beispiel auf beide Kieferseiten, da auf beiden Seiten Optimierungsbedarf der Vorregistrierung besteht.

In Fig. 7 Ist der 3D-Datensatz des Oberkiefers aus Fig. 5 mit einer Kontaktsituation nach der Optimierung dargestellt, wobei die Kontaktpunkte wieder durch Pfeile angedeutet sind. Ein Vergleich mit der in Fig. 8 dargestellten Kontaktsituation eines Oberkiefers als Gipsmodell im Artikulator bei maximaler Interkuspidation zeigt eine Übereinstimmung an allen den wesentlichen Kontaktpunkten, die auch hier durch Pfeile angegeben sind.

Anhand eines derartig zugeordneten Modells kann die Konstruktion von Zahnoberflächen eines Zahnersatzteils sowie zur Herstellung dentaler Restaurationen unter Verwendung derart zugeordneter 3D-Datensätze erfolgen.

Ein sequentielles Vorgehen, z.B. zum Erzeugen einer Bisserhöhung, ist denkbar, so dass z.B. auch nach einer erfolgten Restaurationserzeugung das Verfahren erneut auf Modell-Scan inklusive dann berechneter Restaurationen angewendet werden kann.

Fig. 9 zeigt einen Datenträger 31, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist, einen Rechner 32 mit Monitor 33 und Eingabemittel 34 zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Bearbeitungsmaschine 35 zur Herstellung eines Zahnersatzteils 36, das als Krone in starker Vergrößerung dargestellt ist.